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专利号: 2021105738394
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于EEG和血清炎症因子分析的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,其包括脑电信号拾取模块,血清检测模块以及数据处理模块,脑电信号拾取模块用于拾取脑电信号并将数据传递给数据处理模块;

血清检测模块采用酶联免疫吸附测定法原理测定白细胞介素‑6的特征参数WIL‑6、白细胞介素‑8的特征参数WIL‑8、C反应蛋白的特征参数WCRP、肿瘤坏死因子‑αWTNF‑α,输出至数据处理输出模块,

数据处理模块对所有数据进行处理和输出结果;

该系统按照以下方式控制:

步骤1、脑电信号拾取模块采集受试者安静状态下的脑电信号和激发状态下脑电信号各5分钟,数据处理模块记录两个状态下的脑电信号,去除工频信号的干扰后,再对被噪声污染的EEG信号进行离散序列小波变换,然后进行小波系数阈值处理,处理后的系数进行重新构建EEG信号,接着采用FastICA算法进行独立分量分析,列出每一个独立分量,找出伪迹分量和对应的系数,进而去除伪迹,并重构EEG信号,达到信号去噪的目的;

步骤2、数据处理模块利用预处理后的脑电信号,根据 计算出慢波系数SWC,其中α、β、δ与θ均为频带范围,spectrum()函数用于计算各种谱函数,适用于m m+1

时间序列的分析,再根据表达式(3):ApEn=Φ(r)‑Φ (r)计算出近似熵ApEn,式(3)中rm

为允许偏差,m为矢量维数,Φ (r)为矢量序列{y(i)}平均自相关度,进而分别求出慢波系数和近似熵的右侧导联的特征参数除以左侧导联的特征参数所得的比值a,根据脑电信号特征参数Sum的求解表达式(4):Sump=a1+a2+…+a8,(p=1、2)求出慢波系数的Sum1值和近似熵的Sum2值,表达式(4)中a1~a8分别为第1组~第8组对称导联组中,右侧导联的特征参数除以左侧导联的特征参数,然后,根据加权平均法表达式(5):Sum=0.5·Sum1+0.5·Sum2将慢波系数Sum1值和近似熵的Sum2值归一化为Sum值的范围;

步骤3、血清检测模块利用受试者空腹静脉血10mL,采用酶联免疫吸附测定法检测血清炎症因子水平;

步骤4、根据加权平均法求解血清炎症因子水平特征参数W=0.25WIL‑6+0.25WIL‑8+

0.25WCRP+0.25WTNF‑α,将血清炎症因子四个特征值归一化为W值的范围。

2.根据权利要求1所述的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,所述步骤1具体包括以下步骤:

步骤11、获得稳定的数据,去除采集过程中受外在因素影响导致的不稳定数据;

步骤12、用EEGLAB脑电处理工具箱中的无限脉冲响应数字滤波器去除50Hz的工频干扰,再对被噪声污染的EEG信号进行离散序列小波变换,得到带有噪声的小波系数;

步骤13、进行小波系数阈值处理,处理后的系数再进行重新构建EEG信号,然后采用FastICA算法进行独立分量分析,列出每一个独立分量,找出伪迹分量和对应的系数,进而去除伪迹,并重构EEG信号。

3.根据权利要求1所述的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,所述步骤2具体包括以下步骤:

步骤21、计算慢波系数SWC:

将脑电信号分为6个频带:第一频带δ=1.0~4.0Hz、第二频带θ=4.1~8.0Hz、第三频带α1=8.1~10.0Hz、第四频带的范围为α2=10.1~13.0Hz、第五频带β1=13.1~17.5Hz、第六频带β2=17.6~30Hz,定义频谱特征参数—慢波系数SWC为低频段(δ+θ)与高频段(α+β)的功率谱比值(δ+θ)/(α+β),即 其中,α=α1+α2,β=β1+β2,将脑电数据进行快速傅里叶变换,计算出每个频段的功率谱值,然后根据定义计算出各个导联的慢波系数;

步骤22、计算近似熵:

在EEG信号上加一个时间窗,选择窗时间为2s、N=512,每个通道的近似熵值以采样点为依据,求出每个采样点的近似熵值,然后绘制出近似熵波形,在波形中选择比较平稳的部分,求其平均值,以此平均值作为相应的近似熵特征参数,近似熵的求解过程为:将长度为N的时间序列{x(i)}组成m维矢量y(i):y(i)={x(i),x(i+1),x(i+2),…,x(i+m‑1)},其中i的范围为[1,N‑m+1],然后,计算y(i)与y(j)之间最大的距离d[y(i),y(j)],即:d[y(i),y(j)]=max||x(i+k‑1)‑x(j+k‑1)||k=1,2,…,m,给定一个允许偏差r>0,对于y(i)的每一个i≤N‑m+1都有概率;

表达式(1)反映序列中m维模表达式中y(i)和y(j)的距离小于r的概率,m取2,r取原始数据标准差的0.1~0.2倍,然后,再将 取对数、求平均值,即:m+1 m m+1

根据以上步骤,同理可求出Φ (r),最后利用表达式(3):ApEn=Φ (r)‑Φ (r)计算近似熵;

步骤23、分别计算慢波系数和近似熵的对称导联特征参数比值a以及Sump值,Sump为8个对称导联组特征参数比值的和。

4.根据权利要求1所述的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,脑电信号拾取模块将16导联分为8组对称导联,分别是F7‑F8、T3‑T4、T5‑T6、FP1‑FP2、F3‑F4、C3‑C4、P3‑P4、O1‑O2,然后将对称导联组中的右侧导联的特征参数除以左侧导联的特征参数,其比值为式(4)中的a1~a8。

5.根据权利要求1所述的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,所述步骤3包括以下内容:

采用酶联免疫吸附测定法检测受试者的空腹静脉血中血清炎症因子的水平,包括白细胞介素‑6、白细胞介素‑8、C反应蛋白及肿瘤坏死因子‑α,应用SPSS20.0软件包进行统计学分析,计数资料符合正态分布以均数±标准差 表示,采用t检验,计量资料采用卡方检验,概率P<0.05为差异有统计学意义。

6.根据权利要求1所述的脑损伤标志物分析系统,其特征在于,所述步骤4包括:根据加权平均法,令各权重为0.25,权重函数的总和为1,每个数据由W表示,根据表达式(6)得到正常人组W值的范围为:11.665‑20.505;轻度组为:27.145‑36.590;

W=0.25WIL‑6+0.25WIL‑8+0.25WCRP+0.25WTNF‑α (6)再将受试者得到的数据带入表达式(6),即可得到受试者的W值。